ارائه مدلی برای حل مسائل ارضاء محدودیت با بهره گیری از سیستمهای چند عامله

استاد راهنما:

دکتر اقبال منصوری

 

بهمن 1392

برای رعایت حریم خصوصی نام نگارنده پایان نامه درج نمی گردد

(در فایل دانلودی نام نویسنده موجود می باشد)

تکه هایی از متن پایان نامه به عنوان نمونه :

(ممکن می باشد هنگام انتقال از فایل اصلی به داخل سایت بعضی متون به هم بریزد یا بعضی نمادها و اشکال درج نشود اما در فایل دانلودی همه چیز مرتب و کامل می باشد)

چکیده

سیستمهای چند عامله سیستمهای محاسباتی هستند که در آن چندین عامل جهت رسیدن به یک هدف خاص با هم در تعامل هستند و با هم کار می کنند. دلیل پیدایش اینگونه سیستمها وجود موقعیتهایی می باشد که در آن یک مسأله بایستی در یک مد توزیع شده حل گردد. به عنوان مثال در شرایطی که بهره گیری از یک کنترل کننده مرکزی ممکن نیست و یا اینکه می­خواهیم بهره گیری مناسبی از منابع توزیع شده و یا امکانات محاسباتی داشته باشیم. با اینکه زمان زیادی از معرفی این گونه سیستم‌ها نمی‌گذرد اما بهره گیری از روش‌های طراحی بر اساس عامل یکی از موفق‌ترین راه‌حل‌های موجود بوده و حاصل این شیوه طراحی یعنی سیستم‌ حل مسائل به صورت توزیع‌شده از بهترین سیستم‌ها به شمار می‌آید و به عنوان ابزار جدیدی برای حل انواع فرآیندهای انسانی شناخته می گردد. مسأله ارضاء محدودیت توزیع شده سالهاست که در حوزه پژوهش سیستمهای چند عامله مورد توجه زیادی قرار گرفته می باشد. و این مسأله به آن علت می باشد که بسیاری از مسائل اعم از مسائل کلاسیکی همانند مسأله n-وزیر و رنگ آمیزی گراف گرفته و تا مسائل کاربردی بزرگ دنیای واقعی همچون زمانبندی و برنامه ریزی و تخصیص منابع می­توانند برای حل شدن به عنوان یک مسأله مسأله ارضاء محدودیت توزیع شده فرموله شوند. پس ارائه یک شیوه جدید و یا اصلاح شیوه های فعلی تاثیر زیادی بر دامنه تحقیقاتی این فیلد می­گذارد. آن چیز که در این پایان­نامه ارائه می­گردد ارائه تکنیکی جدید برای حل مسائل ارضاء محدودیت توزیع شده می باشد. این تکنیک جدید محدودیتها را در یک سیستم که ترکیبی از سیستمهای توزیع شده و متمرکز می باشد اداره و کنترل می­کند که با بهره گیری از یک سری ویژگیهای خاص تعریف شده از سیستمهای ترکیبی دیگر موجود متمایز می­گردد. نتایج حاصله نشان می دهد که این الگوریتم در مسائل با مقیاس بزرگ کارایی خوبی خواهد داشت و تقریبا یک پیچیدگی زمانی خطی را با افزایش مقیاس مسأله به دست می­آورد. همچنین مقایسه این روش با چند روش دیگر بهبود عملکرد این روش را در پارامترهای مختلف نسبت به دیگر روشها نشان می­دهد.

 

 

فهرست مطالب

 

عنوان                                                                                                                                        صفحه

فصل اول: مقدمه

  • مسئله ارضاء محدودیت(CSP: Constraint Satisfaction Problem) …………………………………….. 3
    • تعریف مسئله ارضاء محدودیت(CSP: Constraint Satisfaction Problem):……………………………………….. 3
    • الگوریتمهای کلاسیک مسائل ارضاء محدودیت…………………………………………………………………………………………………….. 5
    • CSP به عنوان یک مسئله جستجو……………………………………………………………………………………………………………………..  7
    • بهبود کارآیی الگوریتمهای جستجوتوسط توابع اکتشافی یا به تعبیری هیوریستیک ها………………………………………. 8
    • محدودیتهای ویژه………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 12
    • کاربرد جستجوهای محلی در حل مسائل ارضاء محدودیت……………………………………………………………………………….. 12
    • ساختار مسئله………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 12
  • سیستمهای چند عامله………………………………………………………………………………………………………………………….. 14
  • حل مسائل CSP توسط سیستمهای چند عامله؛(DCSP)………………………………………………………………. 16

 

فصل دوم: مروری بر تحقیقات پیشین

  • مرور کلی………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 19
  • الگوریتمهای هرس دامنه……………………………………………………………………………………………………………………… 22
    • الگوریتم تصفیه…………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 22
    • الگوریتم فرا استدلال………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 25
  • الگوریتمهای اکتشافی…………………………………………………………………………………………………………………………… 27
    • الگوریتم عقبگرد نامتقارن………………………………………………………………………………………………………………………………………. 28
    • الگوریتم الزام ضعیف نامتقارن…………………………………………………………………………………………………………………………………. 32
  • الگوریتمهایی که از ترکیب روشهای متمرکز و توزیع شده بهره گیری می کنند…………………………………….. 33
    • الگوریتم APO……………………………………………………………………………………………………………………………………………………….. 33
  • الگوریتمهای ناقص……………………………………………………………………………………………………………………………….. 37
    • الگوریتم DBA ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………  37
    • الگوریتمهای مبتنی بر کلونی مورچه ها در حل مسائل ارضاء محدودیت توزیع شده…………………………………………. 37

 

فصل سوم: طراحی و پیاده سازی روشهای پیشنهادی برای مسائل DCSP و مطالعه نتایج حاصله

  • معیارهای ارزیابی کیفیت روشهای حل مسائل ارضاء محدودیت توزیع شده…………………………………. 44

3-1-1- میانگین زمان اجرای الگوریتم با افزایش مقیاس مسأله……………………………………………………………………………………….  45

3-1-2- میانگین تعداد چرخه های اجرا شده تا رسیدن به یک راه حل …………………………………………………………………………..  45

3-1-3- تعداد پیام های ارسال و دریافت شده…………………………………………………………………………………………………………………….  45

3-1-4- NCCC ……………………………………………………………………………………………………………………………………  45

3-1-5- قانونی و کامل بودن………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 46

  • محکها و مجموعه داده ای مورد بهره گیری برای آزمایشات………………………………………………………………. 45

3-2-1- مسأله n-وزیر ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………..  46

3-2-2- مسأله رنگ­آمیزی گراف ………………………………………………………………………………………………………………………………………..  47

3-2-3- مسائل زمانبندی ……………………………………………………………………………………………………………………………………………………  48

3-2-4- مسائل ارضاء محدودیت باینری …………………………………………………………………………………………………………………………….  51

3-3- طراحی و پیاده سازی روشهای پیشنهادی و نتایج حاصله از آنها………………………………………………………. 52

3-3-1- بهره گیری از ترکیب الگوریتمهای تکاملی و سیستمهای چندعامله برای حل مسائل ارضاء محدودیت ………………  52

3-3-2- قدرت مورچه ها در حل مسائل ارضاء محدودیت توزیع شده………………………………………………………………………………  60

 

فصل چهارم: روش جدید ارائه شده

4-1- مروری بر مفاهیم و موضوعات مورد بحث دراین روش پیشنهادی…………………………………………………….. 69

  • توصیف مسائل ارضاء محدودیت توزیع شده؛(DCSP) ………………………………………………………………………………..  69
  • تعریف محدودیت Alldiff یا Alldifferent ………………………………………………………………………………………………. 70
  • توابع اکتشافی …………………………………………………………………………………………………………………………………………………… 70
  • تقسیم بندی الگوریتم های مطرح شده برای مسائل DCSP ……………………………………………………………. 71

4-3- توصیف روش جدید ارائه شده و جزئیات پیاده سازی آن…………………………………………………………………… 73

4-4- حل یک مثال با بهره گیری از این الگوریتم…………………………………………………………………………………………….. 80

4-5- ارزیابی و مقایسه الگوریتم ما با دیگر روشها……………………………………………………………………………………….  82

4-6- نتیجه گیری و برشمردن مزایا و معایب این روش……………………………………………………………………………..  84

 

 

 

فصل پنجم: نتیجه گیری

5-1- نتیجه گیری………………………………………………………………………………………………………………………………………  87

5-2- پیشنهادات و کارهای آینده……………………………………………………………………………………………………………….  89

فهرست منابع………………………………………………………………………………………………………………………..  90

 

 

 فهرست تصاویر

 

عنوان                                                                                                                                        صفحه

شکل 1-1  مثالی از مساله CSP [4] …………………………………………………………………………………………………………………. 4

شکل 1-2  یک طرح جامع از به کار بردن تکنیکهای ارضاء محدودیت برای حل مسائل [54] ……………………….. 5

شکل 1-3 (الف) نواحی استرالیا (ب) عملکرد توابع اکتشافی مختلف بر روی این نقشه [2] …………………………………………… 11 شکل 1-4 زیرمسأله های مستقل در گراف محدودیت [2] ……………………………………………………………………………… 13

شکل 1-5  کاهش گراف محدودیت به درخت توسط حذف گرهها [2] ………………………………………………………….. 13

شکل 1-6 کاهش گراف محدودیت به درخت توسط تجزیه گراف [2] ……………………………………………………………. 14

شکل 1-7 یک شبکه حسگر واقعی برای مانیتور کردن محیط داخلی یک ساختمان[4] ………………………………. 15

شکل 2-1 یک طبقه بندی از الگوریتمهای مطرح در حل مسائل DCSP ………………………………………………………. 20

شکل 2-2 چهار حالت مختلف از مسئله کلاسیک رنگ آمیزی گراف و نتیجه پیاده سازی الگوریتم تصفیه برای هر یک از این مسائل[4] ……………………………………………………………………………………………………………………………………. 24

شکل 2-3 سیکل 1 الگوریتم ABT بر روی مسئله 4 وزیر[4] ………………………………………………………………………… 29

شکل 2-4 سیکل 2 از الگوریتم ABT بر روی مسئله 4وزیر[4] ……………………………………………………………………… 29

شکل 2-5 سیکل 3 از الگوریتم ABT بر روی مسئله 4 وزیر[4] …………………………………………………………………….. 30

شکل 2-6 سیکل 4 و 5  از الگوریتم ABT بر روی مسئله 4وزیر[4] ……………………………………………………………… 30 جستجو در سایت :   

شکل 2-7 سیکل 6 از الگوریتم ABT بر روی مسئله 4وزیر[4] ……………………………………………………………………… 31

شکل 2-8  سیکل 7  و 8  از الگوریتم ABT بر روی مسئله 4وزیر[4] ………………………………………………………….. 31

شکل 2-9 سیکل 9 از الگوریتم ABT بر روی مسئله 4وزیر[4] ……………………………………………………………………… 31

شکل 2-10 سیکل 10  از الگوریتم ABT بر روی مسئله 4وزیر [4] ……………………………………………………………… 32

شکل 2-11 الگوریتم APO  [22] ……………………………………………………………………………………………………………………. 35

شکل 2-12 مثالی از گراف ساختار [44] …………………………………………………………………………………………………………. 39

شکل 2-13 ساختن یک گراف برای یک مسأله با سه متغیر …………………………………………………………………………… 40

شکل 3-1 جهت حرکات ممکن یک مهره وزیر در یک صفحه شطرنج ……………………………………………………………. 46

شکل 3-2 یک جواب برای مسأله 8-وزیر …………………………………………………………………………………………………………. 47

شکل 3-3 مثالی از رنگ آمیزی گراف(یک رنگ آمیزی از گراف معروف پترسن) …………………………………………… 48

این مطلب رو هم توصیه می کنم بخونین:   دانلود پایان نامه ارشد : بهبود ساخت و ترکیب قوانین فازی با استفاده از الگوریتم رقابت استعماری

شکل 3-4 مثالی از مساله CSP [4] …………………………………………………………………………………………………………………. 52

شکل 3-5 مدل فرض شده از محیط شبکه مانند عاملها[3] ……………………………………………………………………………. 53

شکل 3-6 میانگین زمان اجرای الگوریتم MAEA-CSPs در حل مسأله n-وزیر [3] ……………………………………. 58

شکل 3-7 مقایسه الگوریتم MAEA-CSPs با 4 الگوریتم دیگر با معیارهای SR، ME و AES [4] ……………. 59

شکل 3-8 مقایسه دو الگوریتم DBA و ABT با الگوریتم پیشنهادی مورچه ها بر روی مساله رنگ آمیزی گرافی با تراکم 2 ، بر اساس نسبت تغییر سایز مسأله به تعداد پیامها ………………………………………………………………………… 63

شکل 3-9 مقایسه دو الگوریتم DBA و ABT با الگوریتم پیشنهادی مورچه ها بر روی مساله رنگ آمیزی گرافی با تراکم 2 ، بر اساس نسبت تغییر سایز مسأله به معیار مقایسه NCCC ………………………………………………………… 63

شکل 3-10 مقایسه دو الگوریتم DBA و ABT با الگوریتم پیشنهادی مورچه ها بر روی مساله رنگ آمیزی گرافی با تراکم .32 ، بر اساس نسبت تغییر سایز مسأله به تعداد پیامها …………………………………………………………. 63

شکل 3-11 مقایسه دو الگوریتم DBA و ABT با الگوریتم پیشنهادی مورچه ها بر روی مساله رنگ آمیزی گرافی با تراکم 2.3 ، بر اساس نسبت تغییر سایز مسأله به معیار مقایسه NCCC ………………………………………….. 64

شکل 3-12 مقایسه دو الگوریتم DBA و ABT با الگوریتم پیشنهادی مورچه ها بر روی مساله رنگ آمیزی گرافی با تراکم .72 ، بر اساس نسبت تغییر سایز مسأله به تعداد پیامها …………………………………………………………. 64

شکل 3-13 مقایسه دو الگوریتم DBA و ABT با الگوریتم پیشنهادی مورچه ها بر روی مساله رنگ آمیزی گرافی با تراکم 2.7 ، بر اساس نسبت تغییر سایز مسأله به معیار مقایسه NCCC ………………………………………….. 65
دانلود متن کامل در سایت sabzfile.com
شکل 4-1 یک طبقه بندی از الگوریتمهای مطرح در حل مسائل DCSP ………………………………………………………. 72

شکل 4-2 مرحله 1 تا 4 از الگوریتم DACA ………………………………………………………………………………………………….. 80

شکل 4-3 مرحله 5 از الگوریتم DACA ………………………………………………………………………………………………………….. 81

شکل 4-4 مرحله پایانی الگوریتم DACA ……………………………………………………………………………………………………….. 82

شکل 4-5 میانگین زمان اجرای الگوریتم DACA در اجرای مسأله n-وزیر با افزایش n از 4 تا 104 در گامهای 50 تایی ………………………………………………………………………………………………………………………………………………………………. 82

 

 

 

 

فهرست جداول

 

عنوان                                                                                                                                        صفحه

جدول 3-1 نتایج بدست آمده از آزمایش MAEA-CSPs بر روی مسائل ارضاء محدودیت باینری …………… 59

جدول 3-2 مقادیر متفاوت از تعداد مورچه ها برای سایزها و تراکم­های متفاوت …………………………………………….60

جدول4-1 مقایسه الگوریتم پیشنهادی ما با دو روش دیگر از لحاظ تعداد سیکلهای مورد نیاز برای حل ……… 82

جدول4-2 مقایسه روش پیشنهادی ما با روش ERA از لحاظ میانگین زمان اجرا ……………………………………….. 82

مقدمه

از سال 1974، مسائل ارضاء محدویت (CSP[1]) در مسأله پردازش تصویر[2] پیشنهاد گردید. پس از آن CSP به گونه گسترده در بسیاری از حوزه های هوش مصنوعی و علوم کامپیوتر به عنوان یک روش حل مهم مورد بهره گیری قرار گرفته می باشد. از مسأله چند وزیر[3] و رنگ آمیزی گراف[4] گرفته و دیگر مسائل کلاسیک گرفته تا زمانبندی[5] و تخصیص منابع[6] و دیگر مسائل کاربردی بزرگ می­توانند برای حل شدن به عنوان یک مسأله CSP فرموله شوند. بعد از سال 1990 با جایگزین شدن زبان برنامه نویسی عمومی به جای زبان برنامه نویسی منطقی مسأله ارضاء محدودیت کاربرد CSP برای حل مسائل بسیار بهبود پیدا نمود [1]. یک CSP، با یک مجموعه از متغیرها، دامنه ای برای هر یک از آنها و محدودیتهایی در مقادیری که متغیرها ممکن می باشد به صورت همزمان به خودشان بگیرند، تعریف می­شوند. تأثیر الگوریتمهای ارضاء محدودیت، نسبت دادن مقادیری به متغیرهاست به نحوی که با تمام محدودیتها سازگاری داشته باشد یا مشخص کند که هیچ انتسابی امکانپذیر نیست. امروزه تکنیکهای ارضاء محدودیت در حوزه های مختلفی مانند بینایی ماشین، پردازش زبانهای طبیعی، اثبات قضایا، زمانبندی و… به کار می­طریقه [4].

از طرف دیگر موقعیتهایی هست که در آن یک مسأله بایستی در یک مد توزیع شده حل گردد به عنوان مثال در شرایطی که بهره گیری از یک کنترل کننده مرکزی ممکن نیست و یا اینکه می­خواهیم بهره گیری مناسبی از منابع توزیع شده و یا امکانات محاسباتی داشته باشیم. در چنین مواقعی عاملها[7] برای رسیدن به یک هدف مشترک کوشش می­کنند. هر سیستم چند عامله یک سیستم محاسباتی می باشد که در آن چندین عامل جهت رسیدن به یک هدف خاص با هم در تعامل هستند و با هم کار می­کنند [4].

مسأله ارضاء محدودیت توزیع شده (DCSP[8]) در واقع حالت توزیع شده­ی مسأله­ی ارضاء محدودیت کلاسیک می باشد که در آن متغیرها بین عاملهای مستقل توزیع شده­اند. این محیط توزیع شده شامل تعدادی عامل هوشمند می باشد که هر کدام، یک یا چند متغیر را مالک می­شوند و مقدار آن را کنترل می­کنند. همه این عامل ها در تلاشند تا با حفظ استقلالشان به هدف مشترک دست یابند. هدف هنوز یافتن یک انتساب برای متغیرهاست که محدودیتها را هم در نظر داشته باشد اما هر عامل، برای مقدار متغیر مالکش با خودمختاری نسبی تصمیم می­گیرد. هر چند عاملها یک دید عمومی ندارند اما هر یک از آنها می­تواند با همسایه اش در گراف محدودیت ارتباط مستقر کند. هر عامل کوشش می­کند نه تنها با ارضاء محدودیتهای محلی خود بلکه با برقرای ارتباط با سایر عاملها به مقصود حل محدودیتهای خارجی به این هدف نزدیک و نزدیکتر گردد. به گونه کلی تمام مسائلی که در آنها هدف یافتن مقادیر مناسب برای انتساب به متغیرهای توزیع شده می باشد را می­توان جزء مسائل ارضاء محدودیت توزیع شده به حساب آورد. در یک سیستم چند عاملی به هر عامل یک یا چند متغیر از میان متغیرهای توزیع شده منتسب می­گردد. وظیفه این عامل خودمختار کنترل و مدیریت مقدار این متغیر می­باشد [4] و [22]. این مسأله عمومی کاربردهای زیادی در زندگی واقعی دارد. مثلا در بسیاری از مسائل تخصیص منابع: در شبکه های حس گر بی سیم، کنترل علائم راهنمایی شهری، شبکه های حس گر توزیع شده، مسائل نجات یافتن از فاجعه و بسیاری از مسائل مربوط به زمان بندی مثلا برای قطارها و دانشگاه ها. هدف معمول در حل همه این مسائل یافتن مقادیر مناسب برای تخصیص دادن به متغیر های توزیع شده می باشد. به بیانی دیگر هر مسأله ای که هدف آن یافتن مقدار مناسبی برای تخصیص به متغیرهای توزیع شده می باشد می­تواند به عنوان DCSP طرح ریزی گردد.

در این پژوهش به مسائل ارضاء محدودیت توزیع شده پرداخته می­گردد که در آن عاملها در یک مد توزیع شده برای یافتن یک راه حل ممکن برای مسأله کوشش می­کنند.

[1] Constraint Satisfaction Problem

[2] image processing

[3] n-queen

[4] graph coloring

[5] scheduling

[6] recourse allocation

[7] agents

[8] Distributed Constraint Satisfaction Problem

تعداد صفحه : 101

قیمت : 14700 تومان

بلافاصله پس از پرداخت لینک دانلود فایل در اختیار شما قرار می گیرد

و در ضمن فایل خریداری شده به ایمیل شما ارسال می گردد.

پشتیبانی سایت :        ****       serderehi@gmail.com

در صورتی که مشکلی با پرداخت آنلاین دارید می توانید مبلغ مورد نظر برای هر فایل را کارت به کارت کرده و فایل درخواستی و اطلاعات واریز را به ایمیل ما ارسال کنید تا فایل را از طریق ایمیل دریافت کنید.

***  **** ***